基于Cg和OpenGL的实时水面环境模拟

实时水面效果可以大大增强虚拟现实系统的沉浸感。基于Cg图形硬件开发语言以及OpenGL,综合利用P-buffers技术、凹凸纹理技术、投影纹理技术以及动态纹理技术模拟了一个实时的、包括反射、折射、水面波动、太阳波光以及Caustics等效果的水面环境。该方法仅需要两个三角形单元来构建水面。     

基于分布式虚拟现实技术的汽车驾驶模拟器的研究

介绍了正在研制的基于分布式虚拟现实技术的汽车驾驶模拟器。这是一个基于虚拟现实环境和网络环境的软硬件集成系统。重点研究视觉系统，包括外景系统和驾驶内景。对有关建模技术中的基于NLTRBS曲面法线的路面纹理(含路标线等)自动校准和生成技术、基于高程的多重纹理映射生成技术、模型和纹理的无缝切片技术和基于物理特性的环境仿真试验与交互技术进行了研究。给出了该汽车虚拟仿真驾驶系统在选择车辆、选择天气状况和时间以及选择各种路况等的示例。     

基于虚拟现实的变电所培训系统的研究与实现

将虚拟现实技术应用于变电所培训工作中,建立了变电所培训系统。给出了变电所培训系统的总体结构,介绍了变电所培训系统的功能、系统软硬件环境配置和物体建模方式,采用细节等级管理和纹理映射技术降低场景的复杂度,最后讨论了交互控制方式和实现方法。     

一种基于顶点纹理的LOD地形渲染算法

Shader Mode 3.0引入的Vertex Shader Fetch是GPU可编程图形渲染技术发展的又一重要进展,基于该技术提出了一种新的地形渲染算法.算法主要特点是将地形高程数据组织成单通道纹理存放于显存,用于支持视点跟随的LOD地形渲染.绘制阶段,CPU端只需输入平坦的嵌套状的网格,GPU端首先根据当前视点参数计算该网格顶点的实际二维位置坐标,使用该坐标从地形纹理中采样出该顶点的高程值,这样平坦网格的顶点获取到实际的三维坐标值,图形渲染管线将继续处理直至输出显示.如此安排绘制流程可以彻底消减CPU计算负载,转而充分运用GPU高数据处理能力和可编程特性.实验表明,使用本算法绘制地形,效果逼真、绘制效率大大高于传统LOD地形绘制算法.     

基于虚拟现实技术的地球太空环境仿真

描述了一种地球太空环境的仿真,采用几何计算构建地球形状模型,将地球划分为128块（经线方向16块和纬线方向8块）,计算得到每块区域顶点坐标,法向量,纹理坐标;使用MipMap技术根据视点与每块区域距离变化选择不同精度纹理粘贴;实时判断该区域的可见性,剔除不可见区域减少绘制开销;并采用cg和NormalMap技术将normal图与地球纹理图进行处理,实现地球表面的轮廓凹凸效果,同时添加云层纹理,得到了由地球纹理,云层纹理及NormalMap的多层混合纹理,达到比较逼真的效果;另外采用Billboard技术和纹理融合技术实现地球大气层光晕效果,使用了LensFlare技术实现太阳照射效果,最后采用skybox技术实现星空背景效果。

Abstract：

A simulation of earth and space environment was describedr.The whole earth was cut into 128 parts,16 in longitude,8 in latitude,and the position of vertices,normal vectors,texture coordinate were computed by geometry.Different resolutions of texture were chosen according to the distance from the eye to the area presented by the technique MipMap.The unvisible parts were eliminated by judging the parts’ visibility in realtime.Using the techniques of Cg,NormalMap and the mixture of the textures of the earth,the clouds and the multi-layered clouds,the relatively vivid result for representing the surface of the earth was achieved.Moreover,the technique of Billboard,Lensflare,SkyBox and texture blending were used to show the shine of atmosphere,sunshine,and the background of space.     

混凝土坝浇筑过程建模及绘制方法

随着虚拟现实技术的发展,三维仿真系统作为一种全新角度的管理方法和技术手段在工程进度管理中起到越来越重要的作用。提出了一种对混凝土坝浇筑过程进行建模以及仿真的方法。对大坝整体模型进行三维裁剪来得到不同浇筑时期大坝的模型,不同于以往工程仿真中对不同时期分别进行建模的方法。并基于Shader Model 4.0构建了实时绘制框架,提高仿真效率。基于上述方法设计实现了一个混凝土坝浇筑过程仿真系统。仿真结果验证了提出的方法可以满足工程需要。     

舰载飞机着舰可视化仿真系统设计与开发

着舰是舰载机/航空母舰系统中极其重要的内容.为此,基于仿真技术和虚拟现实技术,提出一种舰载飞机着舰可视化仿真系统的设计方案.首先,采用C/S结构设计了舰裁机着舰可视化仿真系统,并对各个模块功能进行了详细的阐述.然后利用细节层次、纹理映射以及实例化技术对Creato创建的舰载机和航母的三维模型进行了优化.最后开发了基于MFC的Vega Prime视景驱动程序并介绍了碰撞检测A-法.完成后的着舰仿真系统可为自动着舰系统的设计、验证评估提供直观可视化的软件界面.     

基于PC硬件加速的三维数据场直接体可视化

在科学计算可视化中，由于直接体可视化技术能够反映数据场内部的信息，所以它已经成为近年来研究的重点。通过应用三维纹理和可编程显卡的片段着色器（Fragment Shader）技术，在当前主流PC机上，实现了带有完整Phone光照阴影效果的三维数据场直接体可视化。仿真结果表明该方法在医学和军事学的三维数据场可视化中，能够实时生成高质量的体可视化图像。     

基于四叉树剖分的LOD地形绘制算法

针对三维游戏中室外场景渲染消耗内存大、效率低的问题,提出了一种基于四又树剖分的LOD(层次细节)地形绘制算法,实现了地形多分辨率网格绘制.采用将共事顶点唯一存储的四又树网格表示方法,并利用过程纹理合成技术实现地形的多纹理映射,模拟地表多种地貌混合的真实效果.实验结果验证了本文算法在内存占用、绘制速率和真实感上都优于Lindstrom算法.     

生理驱动的叶片生长变形算法

提出一种利用反馈控制系统实现生理参数多尺度变化从而驱动叶片生长变形的算法。首先采用二维层次自动机产生植物各器官的分枝结构,通过内部扰动函数实现生理参数与植物生长刺激的互动。其次植物生长刺激在实现了对外部环境参数的影响的同时也修改各器官内部的细节,外部环境参数的变化反过来又对器官分枝结构实现了剪枝。然后在渠化管网假设基础上利用反应-扩散原理实现叶脉纹理的变化,最后通过可控网格面的卷曲和扭曲实现叶片的三维形变。仿真实验表明本方法能够较好的模拟植物叶片的纹理和形状随生理参数改变而变化的过程,能满足虚拟农业实验室植物器官动态展示的需求。     

基于半规则纹理的三维表面流场可视化方法研究

针对基于点噪声的流场可视化不够形象的缺点,提出一种更直观的基于半规则纹理的三维表面流场可视化方法。首先,利用Mesh quilting技术在三维物体表面建立网格结构,并以组成网格结构的三角形作为基本模型,匹配样本纹理,形成第一帧纹理;随着流体的流动,角点的移动形成了新的网格结构,并对变形后的网格重新映射形成新一帧纹理图;最后,各帧纹理相连形成了一帧帧连续的流场动画。匹配过程中,为提高效率并保持帧之间的连续性,提出了最优纹理集加速匹配。实验表明,该方法可以获得较好的可视化效果。     

小波域多聚焦图像融合算法

研究了小波域多聚焦图像融合方法中滤波器、分解层数、融合规则的选取问题,提出一种基于小波变换的简单融合规则。利用小波变换将图像分解成最低频逼近和不同尺度、不同方向的高频细节信息,最低频逼近反映图像的平均信息,细节包含图像的边缘。根据多聚焦图像中细节信息互补的特点,对多个待融合图像简单地取模值较大的小波系数,得到了很好的融合图像。详细讨论了不同的小波滤波器、分解深度、融合算子对融合结果的影响。对小波域图像融合算法与其它一些多分辨图像融合算法:如Laplace塔、比率塔、对比度塔、梯度塔等进行比较,得到了一些定性结论,对该领域的研究和实验有一定的指导意义。     

树叶真实感实时绘制方法的研究与实现

现实世界中的物体或多或少会有半透明现象,树叶就具有很明显的半透明特性,并且树木的真实感很大程度上决定于树叶的逼真程度,因此对于树叶半透明效果绘制的研究是很有必要的。然而,树木上的叶片数量很大,对其进行具有叶片半透明效果的高度真实感绘制计算复杂度高,很难达到实时。实现了一种基于半透明纹理的叶片半透明效果的绘制方法,通过预计算,并结合基于GPU编程技术,大幅度提高了绘制速度,实现了对具有半透明叶片的树木的真实感实时绘制。此外,通过阴影的绘制进一步提高了真实感效果。

Abstract：

In the real world, objects are translucent more or less. For instance, the tree leaves have translucent properties. Moreover, the visual reality of trees largely depends on the leaves, so it’s significant to study the rendering of the leaves’ translucent effect. However, most trees have large number of leaves, which makes it extremely difficult to realize the real-time rendering of the tree with translucent leaves since its high time complexity. Semi-translucent effect of leaf was realized based on semi-translucent texture. In addition, using pre-computing combined with the programming technology of GPU, the rendering process was greatly speeded up. Finally, realistic real-time rendering of the trees with translucent leaves was realized. Moreover, shadows were rendered which further improved the visual effects.     

基于分数阶积分的图像去噪

为了在图像去噪的同时更多地保留图像的细节信息,介绍了分数阶积分算子在信号滤波中的作用,并将分数阶积分理论引入到数字图像去噪。该方法通过设定较小的分数积分阶次来构建相应的图像去噪掩模,并且利用迭代的思想来控制图像去噪的效果,从而实现图像去噪的局部微调。实验结果表明,基于分数阶积分的图像去噪算法较传统去噪方法不仅可以提高图像的信噪比,而且可以更好地保留图像的边缘和纹理等细节信息。     

基于球深度纹理的实时碰撞检测算法

基于包围球技术的方法是碰撞检测的常用方法之一,其算法虽然简单高效但检测精度低。结合包围球和基于图形硬件方法的优点,以带深度纹理的包围球替代物体的几何模型,利用图形硬件在纹理映射时进行深度比较以实现碰撞检测。试验表明,与CULLIDE算法相比算法执行效率更高,且执行时间固定,从而具有较高的实时性。     

混合整数规划问题遗传算法的研究及仿真实现

提出了一种可以处理混合整数规划问题(MIP)的混合遗传算法MIGA。该算法采用二进制映射模式可变长度染色体编码,在进化过程逐渐缩小编码的搜索空间,从而在加快收敛速度的同时改善了迭代的精度,能很好处理离散变量和连续变量的混合整数规划问题。以一纯整数规划问题为例,利用分枝定界算法只能得到唯一的一个最优调度策略,而MIGA算法则可以得到一系列的最优调度策略,对这些最优调度策略进一步的分析,还可以得到调度问题一些灵敏度参数,在实际应用中具有更大的灵活性。     

基于改进的圆投影向量的背景补偿方法

针对传统运动背景补偿算法难以适应大角度旋转的应用场合,提出了一种改进的圆投影向量的背景补偿方法。该算法首先利用图像熵自动选择合适的图像参考块,以增强算法的实用性;其次对传统的圆投影向量进行了改进,增加了相位向量以获取背景的旋转参量,并采用核函数定义各像素点的距离权值,从而可以获得更加准确的结果。最后给出了算法步骤,并利用实测数据进行验证。通过仿真实验证明了该算法在各种场景、各种运动情况下的有效性以及对噪声、光照等因素具有鲁棒性。     

支持应用软件容错的实时运行库技术

针对当前基于应用层软件容错面临的工作量大 ,开发成本高的问题 ,分析问题产生的原因及一些常用的解决方案 ,提出了支持应用软件容错的实时运行库技术。建立并详细分析了容错实时运行库模型及其实现方法。最后 ,设计了一个基于RTEMS的简单实现方案。